Преобразователь сопротивление-напряжение с автоматическим выбором диапазона преобразования Советский патент 1989 года по МПК G01R27/00 G01R15/09 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть ис пользовано в измерителях с резистив- ными датчиками,

Цель изобретения - повьшение точности преобразования при большом диапазоне изменения сопротивления датчика.

На фиг. 1 представлена структур- ная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграм1-1Ы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - структура распределителя импульсов; на фиг. 4 - временные диаграммы.

Устройство содержит датчик 1, генераторы 2.1-2.П тока, коммутатор 3, усилитель 4, автомат 5 выбора предела измерений, распределитель 6 импульсов

Выходы генераторов 2.2-2.п тока соединены с аналоговыми входами коммутатора 3, выход которого соёдиней с первым выводом датчика 1 и входом усилителя 4, выход которого соединен с aнaлot oвым входом автомата 5, опорный вход которого соединен с входами генераторов 2.1-2.П и клеммой опорного напряжения. Управляющие выходы распределителя 6 соединены с управляющими входами автомата 5, управ- ляюцие выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора 3.

Коммутатор 3 содержит диоды 7.1- 7,п и ключи 8.1-8.п, причем аноды диодов 7 соединены через ключи 8 с об

щей шиной и являются аналоговыми входами коммутатора, а катоды диодов 7 соединены между собой и являются выходом коммутатора.

Автомат 5 содержит компаратор 9, логические элементы Н-НЕ 10.1-10,п-1, триггеры 11.1-11.п-1 и дешифратор 12: номера диапазона, выходы которого являются указателями номера выбранного диапазона измерений, входы дёшифратора соединены с выходами триггеров 11 и являются управляющими выходами автомата, 5. .

Кроме этого, прямой выход каждого п-го триггера 11 соединен с первым входом П+1-ГО элемента И-НЕ 10, а ВХОД S каждого п-го триггера 11 соединен с выходом элемента U-HE 10.

Вторые входы элементов И-НЕ 10 соединены между собой и с выходом компаратора 9, входы которого являются аналоговым и опорным входами автомата 5, третьи входы элементов И-НЕ

5

0

5

0

5

10 являются управляющими вх;одами ав- , томата 5, входы R триггеров 11 соединены между собой и являются управляющим входом автомата 5. .

Количество диапазонов измерений выбирается исходя из типа используемого резистивного датчика 1. Например при реализации предлагаемого устройства целесообразно выбрать 4 диапазона измерения сопротивления: первый диапазон в пределах 100000- 10000 Ом, второй 10000-1000 Ом, третий - 1000-100 Ом и четвертый 100-10 Ом. Величины токов генераторов стабильного тока выбирают еле- дующими: 0,05 0,45 мА; 4,5 мА и 45 мА.

Время прохождения тока от каждого генератора стабильного тока через резистивный датчик 1 выбирается исходя из условия окончания переходных процессов и допустимой мощности рассеивания для данного типа датчика и может составлять, например, 200 мкс, 20 МКС, 2 мкс и 0,2 мкс соответственно для генераторов 2.1...2.п.

Период -следования тактовых импульсов, запускающих распределитель 6, .выбирается таким образом, чтобы среднее значение мощности за период, рассеиваемое на резистивном датчике 1, не превышала допустимой мощности рассеивания для данного типа датчика.

Распределитель 6, запускаемый тактовыми импульсами, может быть реализован различными способами. На фиг. 3 приведен пример выполнения распределителя 6, а на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Распределитель 6 в данном случае построен на одном К -триггере 13 и восьми одновибраторах 14-21. При этом выход Q каждого предыдущего од- новибратора соединен с входом А каждого последующего. Выход Q одновибра- тора 21 соединен с R входом триггера 13, а выход Q этого триггера, являющийся выходом 1 распределителя, соединен с входом В одновибратора 14. Запускается распределитель тактовыми импульсами фиг. 4-а, поступающими -на вход S триггера 13.

С целью упрощения начертания схемы RC-цепочка показана только на од- новибраторе 14.

Одновибраторы 14,16,18 и 20 служат для формирования временных интервалов, задающих режим работы устройства со-

5, 152

ответственно в первом, втором, третьем и четвертом диапазонах измерений (фиг..4-в, 4-д, А-ж и 4-и). Одновиб- раторы 15,17,19 и 21 служат для фор-, мирования управляющих импульсов, поступающих с второго (фиг.4-г), третьего (фиг. 4-е), четвертого (фиг. 4-з) и импульсов сброса (фиг.4- -к)5 поступающих спятого выхода распределителя 6 на автомат 5,

Триггер 13 формирует управляющий импульс (фиг. 4-6), поступающий с. первого выхода распределителя 6 на; вход ключа 8.1 коммутатора. 3.

Устройство работает следуюйщм образом.

В исходном состоянии сигналы на выходе распределителя 6, работающего в ждущем режиме, отсутствуют. Ключи 8.1.. .8.П, количество которых опре- деляется числом диапазонов измерения открыты и через них проходят токи от генераторов 2.1-2.п. При Этом через датчик 1 ток не протекает, и напряжение на входе усилителя 4 отсутствует (равно 0). При поступлений тактового импульса (фиг. 2-а) на вход распределителя 6 с первого выхода этого распределителя на управляющий вход ключа 8.1 поступает положительный сигнал (фиг. 2-6), этот ключ закрывается и тогда ток генератора 2.1 через соответствующий разделительный риод 7.1 протекает через датчик 1. Наличие падения напряжения на датчике, приложенного к катодам разделительных диодов, обеспечивает запирание разделительнь:х диодов 7.2-7.П, что препятствует попаданию тока генераторов 2.2...2.П в цепь датчика. При этом падение напряжения, снимаемое с датчика 1, усиливается усилителем 4 и поступает на первый вход компаратора 9, на второй вход которого подается .опорное напряжение Кд. Если величины сопротивления датчика 1 буду находиться в пределах перв ого диапазона измерений, т.е. 100000-10000 Ом, то напряжение на входе компаратора (фиг. 2-к) превышает и, и компаратор 9 переключается в состояние О, и логический О с его выхода поступает на-первый вход логического элемевта И-НЕ 10.1 и на вторые входы логических элементов И-НЕ 10.2...IO.n-1, и также на стробирующий вход дешифра- . тора 12,

0

0

0

5

0

5

0

5

На выходах всех логических элемену . тов И-НЕ независимо от состояния сигналов на остальных их входах появляется сигнал 1. При этом все RS-тригге- ры 11.1...11.п-1 находятся в состоянии О, в которое они были установлены предварительно импульсом сброса (фиг. 2-е)5 поступившим на R входы триггеров 11.1... 11.п-1 с пятого выхода распределителя 6 импуль- сов. На первом выходе дешифратора 12 появляется 1, свидетельствующая о выборе устройством 1 диапазона из5 мерзкий.

При появлении на втором выходе распределителя 6 импульса (фиг.2-в) последний поступает на второй вход логического элемента И-НЕ 10.1, который остается в прежнем состоянии. Переключение на второй и последующий диапазоны измерения не происходит, так как все логические элементы И-НЕ заперты сигналом О с крмпара5 тора 9.

При этом амплитуда импульса тока, прйходящегЬ через резистивный датчик 1, определяется величиной тока, вырабатываемого генератором 2.1, а длительность импульса тока определяется длительностью импульса, поступающего с первого выхода распределителя 6 (фиг. 2-6).

Если величина сопротивления датчика 1 находится в пределах другого диапазона, например, в пределах четвертого диапазона, соответствующего сопротивлениям 100-10 Ом, то при поступлении импульса (фиг. 2-6) с первого выхода распределителя б импульсов на управляющий вход ключа 8.1 последний закрывается и падение напряжения на датчике. 1 от тока, вырабатываемого генератором 2.1, усиленное усилителем 4 и подаваемое на первый вход

компаратора 9, оказывается.ниже опорного напряжения поданного на его второй вход, в результате чего компаратор 9 остается в состоянии 1. Сигнал 1 поступает на первый вход логического элемента И-НЕ 10.1 авто мата 5 и вторые входы логических эле.ментов И-НЕ 10.2 и 10.п-1.

Аналогично изложенному к датчику 1 подключаются токи генераторов 2.2-и 2.3 под управлением импульсов с .второго и третьего выходов распределителя 6.

Перед поступлением импульса с четвертого выхода распределителя 6 к дат чику таким образом будут подключены токи генераторов 2.1, 2.2 и 2.3.

При поступлении импульса с четвертого выхода (фиг.2-д) распределителя 6 импульсов на третий вход логического элемента IO.n-1 О подается на S

подается на вход триггера 11.П-1, который переходит в состояние 1 и закрывает ключ. 8.П (фиг. 2-й). Через-датчик начинает протекать суммарный ток от генераторов стабильного тока 2.1, 2.2, 2.3 :и 2.п. При этом напряжение, поступаю- |щее с В1ыхода измерительного усилителя U (фиг. 2-л) на второй вход компаратора 6, превьпцает опорное напряжение Ujif,, поступающее на его первый вход. Компаратор переходит в состояние О, элементы 10.1,10.2и 10.п-Г закрываются и О поступает на стробйрующий вход дешифратора 12.: На четвертом выходе дешифратора появляется 1 свидетельствующая о выборе устройством IV диапазона измерений.

При поступлении импульса сброса . (фиг. 2-е) на R входы триггеров 11.1, 11.2 и 11.П-1 последние переходят в исходное состояние О, ключи 8.1- 8.П открываются, ток через датчик 1 перестает протекать и устройство прдат

1522118

готавливается к бора диапазонов

0

5

0

5

0

Формула изобретения

Преобразователь сопротивление- напряжение с автоматическим выбором диапазона преобразования, содержащий коммутатор, генераторы тока, датчик, усилитель, автомат выбора пределов измерений, причем выходы генераторов тока соединены с аналоговыми входами коммутатора, выход которого соединен с первым выводом датчика и с входом усилителя, второй вывод датчика соединен с общей шиной, управляющие входы комм татора соединены с выходами автомата выбора пр еделов, отличающийся тем, что, с целью по- вьш1ения точности преобразования при большом диапазоне изменения сопротивления датчцка, в него введен распределитель импульсов, управляющие выходы которого соединены с управляющими вхядами автомата выбора пределов измерений, аналоговый вход . которого соединен с выходом усилителя, а опорный вход соединен с входами генераторов тока и клеммой опорного напряжения, тактовый вход распре - делителя импульсов соединен с клеммой тактовых импульсов.

фиг.з

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерителях с резистивными датчиками. Цель изобретения - повышение точности измерений в большом диапазоне изменения сопротивлений. Преобразователь содержит датчик 1, генераторы 2.1-2.N тока, коммутатор 3, усилитель 4, автомат 5 выбора предела измерений, распределитель 6 импульсов. Введение в устройство распределителя 6 импульсов позволило оптимизировать время прохождения тока через каждый датчик так, что в датчике успевают закончиться переходные процессы, вызванные переключением, а выделяемая при этом тепловая энергия из-за прохождения измерительного тока не успевает существенно разогреть датчик и исказить результат измерения. 4 ил.

t

т 3 и н

.

п

JL

(ригЛ